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(共14張PPT)
第2單元 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和反饋控制
項目籌備+第1課 物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)通信
八年級 上冊
主要內(nèi)容
項目籌備
/01
/02
知識探究
/03
習(xí)題測試
/04
小節(jié)回顧
/05
作業(yè)布置
01 準備過程
02 整體結(jié)構(gòu)
03 重點說明
04 名詞解釋
項目籌備
1.項目情境
學(xué)校農(nóng)植園的植物在生長過程中需要大量的水和土壤營養(yǎng)，作為學(xué)生又無法時時刻刻在農(nóng)植園里進行澆灌，這也導(dǎo)致學(xué)校農(nóng)植園的都植物無法健康地生長。
01 準備過程
02 整體結(jié)構(gòu)
03 重點說明
04 名詞解釋
項目籌備
2.項目任務(wù)
為了解決這個問題，請你組建一個小組，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和反饋控制的知識，搭建一個智能農(nóng)植園，實現(xiàn)遠程就能進行澆灌的功能，進一步思考用這些知識可以解決哪些問題？
根據(jù)以下格式，參考范例，完成項目方案。
學(xué)習(xí)知識 實施步驟 預(yù)期成果
（1）學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)通信的相關(guān)知識 （2）了解常見的物聯(lián)網(wǎng)輸出模塊 （3）了解常見的物聯(lián)網(wǎng)平臺 （4）學(xué)習(xí)相關(guān)軟件的安裝方法 （1）研究學(xué)校智能農(nóng)植園的項目需求，提出項目設(shè)計方案 （2）研究物聯(lián)網(wǎng)的通信、控制等技術(shù)，選擇適合項目實施的通信方案和輸出設(shè)備 （3）研究并選擇合適的方案，搭建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) （4）項目實現(xiàn)：連接硬件、編程實現(xiàn)智能農(nóng)植園項目 （5）撰寫項目實施報告 （1）學(xué)校智能農(nóng)植園的項目需求分析報告
（2）學(xué)校智能農(nóng)植園的項目功能設(shè)計報告及硬件需求列表
（3）項目實施報告（硬件連接方案、算法設(shè)計、程序編寫代碼、項目運行效果……）
根據(jù)以下格式，參考范例，完成小組分工。
小組名
姓名 角色 職責
學(xué)生A 組長 負責項目統(tǒng)籌、監(jiān)督與管理。
學(xué)生B 成員 進行項目規(guī)劃的文檔撰寫
學(xué)生C 成員 負責硬件的搭建與外觀
學(xué)生D 成員 負責硬件編程，實現(xiàn)功能
01 準備過程
02 整體結(jié)構(gòu)
03 重點說明
04 名詞解釋
項目籌備
3.匯報交流
匯報你們小組想搭建怎樣的一個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，實現(xiàn)哪些功能？全體成員上臺，由一人進行匯報，其他成員可以補充。回答其他小組成員的提問或聽取其他小組的建議并進行回應(yīng)。
01 準備過程
02 整體結(jié)構(gòu)
03 重點說明
04 名詞解釋
知識探究
項目子任務(wù)
收集與物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相關(guān)的專業(yè)知識與工具，來為“智能農(nóng)植園”作知識儲備。
01 準備過程
02 整體結(jié)構(gòu)
03 重點說明
04 名詞解釋
知識探究
探究內(nèi)容與要求
（1）方法引導(dǎo)：遵循“概念→應(yīng)用→原理→......”認知規(guī)律
（2）主要內(nèi)容：
①常見的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)有哪些？——物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)
②常見的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議有哪些？——物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議
③使用MQTT協(xié)議與開源硬件通信？——MQTT協(xié)議通信原理
01 準備過程
02 整體結(jié)構(gòu)
03 重點說明
04 名詞解釋
知識探究
知識習(xí)得
（1）自主閱讀：以書本P37-44為主，網(wǎng)絡(luò)知識作補充
（2）知識梳理：
①常見的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)有____、____、____這幾類。
②常見的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議有____、____兩類，其中，____協(xié)議為數(shù)據(jù)傳遞而設(shè)計，而____協(xié)議為文檔傳輸而設(shè)計。
③MQTT協(xié)議與HTTP協(xié)議相比較，____協(xié)議的吞吐量比 ____協(xié)議大 ____倍。____協(xié)議具有非常短的消息頭, 最小的報文大小為____字節(jié), 而____協(xié)議的報文則要大很多倍。
01 準備過程
02 整體結(jié)構(gòu)
03 重點說明
04 名詞解釋
知識探究
核心素養(yǎng)培育
（1）學(xué)會分析:以“學(xué)校智能農(nóng)植園”為例，它如何實現(xiàn)硬件設(shè)備的遠程通信？
輔助分析支架：要實現(xiàn)“學(xué)校智能農(nóng)植園”的遠程澆灌功能，選擇____網(wǎng)絡(luò)和____協(xié)議會更適合實現(xiàn)開源硬件的物聯(lián)網(wǎng)通訊。
（2）學(xué)會解釋:哪一種物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議更適合物聯(lián)網(wǎng)項目“學(xué)校智能農(nóng)植園”？
輔助分析支架：物聯(lián)網(wǎng)項目更適合選擇易部署且覆蓋范圍廣的____網(wǎng)絡(luò)，更適合選擇為數(shù)據(jù)傳遞而設(shè)計的報文小的____協(xié)議。
（3）對學(xué)科方法、工具或作品進行評價反思
今后在選擇物聯(lián)網(wǎng)項目的通信方面，會注意哪些？
01 準備過程
02 整體結(jié)構(gòu)
03 重點說明
04 名詞解釋
習(xí)題測試
根據(jù)你對物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)的理解，請選填
（1）通信網(wǎng)絡(luò)：常見的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)有____、____、____等聯(lián)網(wǎng)方式，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般采用____方式進行網(wǎng)絡(luò)通信。
（2）通信協(xié)議：常見的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議有____、____，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般采用____更大、____更小的，只需要發(fā)送簡短報文就可維持客戶端跟服務(wù)器之間____的____協(xié)議。
A.MQTT B.有線網(wǎng)絡(luò) C.短距離無線網(wǎng)絡(luò) D.HTTP
E.吞吐量 F.報文大小 G.長時間連接 H.長距離無線網(wǎng)絡(luò)
01 準備過程
02 整體結(jié)構(gòu)
03 重點說明
04 名詞解釋
小結(jié)回顧
請同學(xué)按照下列提示進行總結(jié)回顧：
1.學(xué)到了哪些知識與技能？
2.提升了哪些方面的能力？
3.生成了怎樣的觀點？
01 準備過程
02 整體結(jié)構(gòu)
03 重點說明
04 名詞解釋
作業(yè)布置
1.項目實施作業(yè)
請各小組對項目探究的階段成果進行整理并提交，整理內(nèi)容：
（1）改造對象、項目方案與小組分工表
（2）常見物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和通信協(xié)議的優(yōu)勢比較、使用說明及其評價
2.課后挑戰(zhàn)作業(yè)（書本P44“挑戰(zhàn)”部分）單元基本信息
單元教學(xué)主題 第二單元 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和反饋控制 單元課時 6
單元項目情境與任務(wù) 學(xué)校農(nóng)植園的植物在生長過程中需要大量的水和土壤營養(yǎng)，作為學(xué)生又無法時時刻刻 在農(nóng)植園里進行澆灌。請你組建一個小組，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和反饋控制的知識，搭建一個智能農(nóng)植園，實現(xiàn)遠程就能進行澆灌的功能，進一步思考用這些知識可以解決哪些問題。
單元學(xué)習(xí)目標 1.知識技能 （1）知道常見的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和通信協(xié)議，并能夠使用MQTT協(xié)議與開源硬件通信。 （2）知道常見的物聯(lián)網(wǎng)輸出設(shè)備，并能夠使用代碼編程控制輸出設(shè)備（輸出模塊）。 （3）知道物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的搭建流程，并能夠搭建一個簡單的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。 2.素養(yǎng)指向 （1）信息意識：能夠認識到物聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用對人類社會的影響，并應(yīng)用于項目問題的解決。 （2）計算思維：能夠根據(jù)校園農(nóng)植園的真實情況，設(shè)計出解決問題的方案。 （3）數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：能夠通過網(wǎng)絡(luò)或大語言模型收集、整理與使用相關(guān)資料，協(xié)同解決相關(guān)項目問題。 （4）信息社會責任：能夠主動運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)幫助學(xué)生解決學(xué)校農(nóng)植園的遠程澆灌問題。
單元教學(xué)整體規(guī)劃 項目活動 對應(yīng)課題 擬解決的項目子問題或子任務(wù) 課時
項目籌備 第1節(jié)物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)通信 規(guī)劃項目實施方案 1
知識探究 了解物聯(lián)網(wǎng)通信的重要性，以為項目實施儲備知識
第2節(jié)物聯(lián)網(wǎng)的控制技術(shù) 了解物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)的重要性，以為項目實施儲備知識 1
第3節(jié)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的搭建 了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的搭建流程，為搭建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)儲備知識 1
整理展示 第4節(jié)跨學(xué)科活動：智能農(nóng)植園 科學(xué)規(guī)范地制作并實施校園項目“智能農(nóng)植園” 2
項目實施
課題名稱 第1課 物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)通信
課時目標 1.合理規(guī)劃項目實施方案，能夠基于小組情況與實驗室條件進行規(guī)劃。 2.知道常見的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，能夠說出不同通信方式的優(yōu)勢。 3.知道常見的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，能夠說出不同通信協(xié)議的優(yōu)勢。
教學(xué)準備 網(wǎng)絡(luò)計算機、有線網(wǎng)與無線網(wǎng)聯(lián)通、開源硬件、USB數(shù)據(jù)線、軟件mpython
導(dǎo)學(xué)過程 意圖說明
一、項目籌備 1.展示單元項目情境：略 2.提出單元項目任務(wù)：你會如何規(guī)劃項目方案？ （1）提供項目方案范例 學(xué)習(xí)知識實施步驟預(yù)期成果學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)通信的相關(guān)知識 了解常見的物聯(lián)網(wǎng)輸出模塊 了解常見的物聯(lián)網(wǎng)平臺 學(xué)習(xí)相關(guān)軟件的安裝方法 研究學(xué)校智能農(nóng)植園的項目需求，提出項目設(shè)計方案 研究物聯(lián)網(wǎng)的通信、控制等技術(shù)，選擇適合項目實施的通信方案和輸出設(shè)備 研究并選擇合適的方案，搭建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 項目實現(xiàn)：連接硬件、編程實現(xiàn)智能農(nóng)植園項目 撰寫項目實施報告學(xué)校智能農(nóng)植園的項目需求分析報告 學(xué)校智能農(nóng)植園的項目功能設(shè)計報告及硬件需求列表 項目實施報告（硬件連接方案、算法設(shè)計、程序編寫代碼、項目運行效果……）
小組名姓名角色職責學(xué)生A組長負責項目統(tǒng)籌、監(jiān)督與管理。學(xué)生B成員進行項目規(guī)劃的文檔撰寫學(xué)生C成員負責硬件的搭建與外觀學(xué)生D成員負責硬件編程，實現(xiàn)功能
（2）引導(dǎo)開展自主規(guī)劃 　　　——要求以小組為單位，基于自身情況進行規(guī)劃，并將結(jié)果填入下表1、表2。 表1 項目實施規(guī)劃 學(xué)習(xí)知識實施步驟預(yù)期成果
表2 小組合作分工 小組名姓名角色職責
（3）各小組匯報展示交流 　　　——展示小組規(guī)劃成果，交流規(guī)劃緣由。 知識探究 1.項目子問題或任務(wù)引入 ——收集與物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相關(guān)的專業(yè)知識與工具，來為“智能農(nóng)植園”作知識儲備。 2.探究內(nèi)容與要求 （1）方法引領(lǐng)：遵循“概念→結(jié)構(gòu)→原理→......”認知規(guī)律 （2）主要內(nèi)容： ①常見的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)有哪些？——物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù) 　　②常見的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議有哪些？——物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議 　　③使用MQTT協(xié)議與開源硬件通信？——MQTT協(xié)議通信原理 3.知識習(xí)得 （1）自主閱讀：以書本P37-44為主，網(wǎng)絡(luò)知識作補充 （2）知識梳理： ①常見的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)有____、____、____這幾類。 ②常見的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議有____、____兩類，其中，____協(xié)議為數(shù)據(jù)傳遞而設(shè)計，而____協(xié)議為文檔傳輸而設(shè)計。 ③MQTT協(xié)議與HTTP協(xié)議相比較，____協(xié)議的吞吐量比 ____協(xié)議大 ____倍。____協(xié)議具有非常短的消息頭, 最小的報文大小為____字節(jié), 而____協(xié)議的報文則要大很多倍。 4.核心素養(yǎng)培育 （1）學(xué)會分析:以“學(xué)校智能農(nóng)植園”為例，它如何實現(xiàn)硬件設(shè)備的遠程通信？ 輔助分析支架：要實現(xiàn)“學(xué)校智能農(nóng)植園”的遠程澆灌功能，選擇____網(wǎng)絡(luò)和____協(xié)議會更適合實現(xiàn)開源硬件的物聯(lián)網(wǎng)通訊。 （2）學(xué)會解釋:哪一種物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議更適合物聯(lián)網(wǎng)項目“學(xué)校智能農(nóng)植園”？ 輔助分析支架：物聯(lián)網(wǎng)項目更適合選擇易部署且覆蓋范圍廣的____網(wǎng)絡(luò)，更適合選擇為數(shù)據(jù)傳遞而設(shè)計的報文小的____協(xié)議。 （3）對學(xué)科方法、工具或作品進行評價反思 今后在選擇物聯(lián)網(wǎng)項目的通信方面，會注意哪些？ 習(xí)題測試 1.根據(jù)你對物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)的理解，請選填 （1）通信網(wǎng)絡(luò)：常見的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)有____、____、____等聯(lián)網(wǎng)方式，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般采用____方式進行網(wǎng)絡(luò)通信。 （2）通信協(xié)議：常見的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議有____、____，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般采用____更大、____更小的，只需要發(fā)送簡短報文就可維持客戶端跟服務(wù)器之間____的____協(xié)議。 A.MQTT B.有線網(wǎng)絡(luò) C.短距離無線網(wǎng)絡(luò) D.HTTP E.吞吐量 F.報文大小 G.長時間連接 H.長距離無線網(wǎng)絡(luò) 小結(jié)回顧 請同學(xué)按照下列提示進行總結(jié)回顧： 1.學(xué)到了哪些知識與技能？ 2.提升了哪些方面的能力？ 3.生成了怎樣的觀點？ 布置作業(yè) 1.項目實施作業(yè) 請各小組對項目探究的階段成果進行整理并提交，整理內(nèi)容： （1）改造對象、項目方案與小組分工表 （2）常見物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和通信協(xié)議的優(yōu)勢比較、使用說明及其評價 2.課后挑戰(zhàn)作業(yè)（書本P44的“挑戰(zhàn)”部分） 略 通過范例來幫助學(xué)生降低自主規(guī)劃的難度

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